赤拟谷盗信息素生物合成关键基因鉴定及激素调控机制的研究

Tribolium castaneum (Coleoptera: Tanebrionidae) is a major cosmopolitan pest of stored agricultural products worldwide. It was considered as one of the most difficult to control stored product insects owing to high resistance against phosphine. Based on the early research, the following research will be carried out: The key genes and their function on pheromone biosynthesis pathway of Tribolium castaneum will be identified by transcriptome, RNA interference and realtime-PCR technologies, The effect exogenous endrocine such as junvile hormone and ecdysone on the pheromone production and the expression of key gens on pheromone biosynthesis pathway. The effect of knockdown genes the junvile hormone receptor and action such as Met, EcR/USP, Kr-h1 on the pheromone production and the expression of key gens on pheromone biosynthesis pathway. From chemistry analysis to physiological test and more to genes regulation, this is first time combination of research on endrocine regulation and pheromone biosynthesis is carried out in this project. The expected results would be elucidate the science problem about the key genes on key gens on pheromone biosynthesis pathway of Tribolium castaneum and their regulation mechanism by endrocine. The projects not only will be a complementary for insect physiology and biochemistry, but also have significance practical reference meaning.

赤拟谷盗Tribolium castaneum是世界性的重要的储粮害虫，由于其强烈的磷化氢抗性而被认为是最难防治的储粮害虫之一。本项目以赤拟谷盗为研究对象，在前期研究的基础上采用基因转录组、RNAi和RT-qPCR技术鉴定与赤拟谷盗信息素生物合成途径中关键基因及其这些基因对信息素生物合成途径中的功能，研究内分泌激素保幼激素和蜕皮激素及其作用相关的基因如受体基因Met和EcR、USP及转录因子Kr-h1、Br等基因沉默后对雄虫释放信息素的影响，研究保幼激素和蜕皮激素及其作用相关基因沉默后对信息素生物合成关键酶基因表达的影响。从化学分析到生理测定然后深入到基因调控，首次将赤拟谷盗信息素生物合成与激素调控研究结合起来，确定赤拟谷盗信息素生物的关键基因及激素调控机制。不仅可以补充昆虫生理生化理论，对综合利用昆虫信息素和激素开发新的杀虫剂具有重要的实践参考意义。

赤拟谷盗Tribolium castaneum是一种危害严重的世界性害虫，被认为是难以防治的重要储粮害虫之一。赤拟谷盗聚集信息素4,8-二甲基癸醛（4,8-Dimethyldecanal，4,8-DMD），研究4,8-DMD的产生机制对于开发和利用信息素防治害虫具有重要意义。目前，关于4,8-DMD在赤拟谷盗体内生物合成途径及其分子调控的机制尚不明确。因此，研究赤拟谷盗信息素生物合成的关键基因及其内分泌激素的调控关系，对综合利用昆虫信息素进行生物防治和以及开发新的杀虫剂都具有重大意义。本项目主要进行了以下几个方面的研究：.1、赤拟谷盗聚集信息素4,8-DMD合成关键基因的筛选与克隆鉴定.利用脂肪酸合成途径的抑制剂2-辛炔酸（2 octynoic acid）来处理赤拟谷盗，结果表明4,8-DMD合成途径为脂肪酸合成途径。利用RT-PCR对筛选出脂肪酸合成酶1，2，和3 （TcFas1，TcFas2，TcFas3）。序列比对分析，注释和系统发育分析结果表明：TcFas1，TcFas2，TcFas3基因克隆序列正确且功能相近，但催化底物存在种类差异。利用RNA干扰（Interface）技术进行TcFas的功能验证。结果表明3个基因敲减后均能减少4,8-DMD分泌，且敲减TcFas3后4,8-DMD的释放量下降最为显著，即体内功能验证表明TcFas3基因可能在赤拟谷盗雄虫分泌4,8-DMD的过程中承担主要作用。利用酿酒酵母对TcFas3进行异源表达。在重组酵母表达菌液中分别添加赤拟谷盗4,8-DMD合成的底物使用乳糖进行诱导表达，结果表明TcFas3具有代谢乙酸，丙酸底物和2-甲基丁酸的能力，即体外功能验证表明TcFas3是赤拟谷盗4,8-DMD合成途径中的关键基因。.2. 赤拟谷盗激素对4,8-DMD生物合成的调控作用.分别测定羽化后3-8天赤拟谷盗雄虫4,8-DMD以及体内的保幼激素滴度和类胰岛素肽基因的相对表达量。结果发现，保幼激素滴度随4,8-DMD释放量上升而下降，而类胰岛素肽相对表时上升。通过激素诱导或者抑制实验发现保幼激素抑制4,8-DMD释放，而类胰岛素肽促进4,8-DMD释放。通过沉默激素信号途径的关键基因确定类胰岛素可以诱导4,8-DMD的合成，保幼激素具有促进作用。初步研究发现TcFas3与保幼激素和类胰岛素肽之间是非直接调控的的关系。